铁路信号系统网络安全

铁路信号系统网络安全（精选十篇）

铁路信号系统网络安全 篇1

1高速铁路信号系统安全评估的研究意义

高速铁路信号系统是铁路路况、行车信号等数据的采集、 处理中心,也是整个铁路运输系统的控制枢纽,它涉及电子、通信、计算机和控制技术等多个领域,与整个铁路运输系统的安全和效率紧密相连。铁路信号设备发生故障或铁路信号系统出现错误,都会影响列车的正常运行,甚至导致事故,造成经济损失和人员伤亡。这就要求在高速铁路前期规划、整个建设过程、运营和维修中都要考虑信号系统的安全性能。如何在系统的整个生命周期对其进行安全检测和评估是一项复杂的任务, 因此,研究铁路信号系统的安全评估问题意义重大。

安全评估,又称安全分析、安全评价、危险评价或风险评价。顾名思义,安全评估是以实现系统、工程安全为目的,运用一定的方法评价和预测拟建或者已有系统、工程可能存在的危险以及可能产生的后果,这是其广义的内涵。狭义的安全评估则是对系统固有的潜在危险及严重程度进行分析和预测并作出定量评估。根据安全评估指标,对系统的有害因素、薄弱环节进行判别,从而采用改进技术,制定相应的防范措施,尽量降低系统的失效率,提高可靠性。

2高速铁路信号系统安全评估的方法

1)预先危险性分析(PHA)

在项目初期,通常对系统的潜在危险没有全面的把握,在这种情况下预先危险性分析(PHA)是一种比较合适的方法。 PHA适用于小规模系统,是在项目设计、试验、生产或施工之前,预先对系统进行全面细致的分析,识别其中可能出现的危险、安全隐患和产生危险的条件,同时对其严重性即危险等级进行预测。针对PHA的分析结果就可以制定相应的措施以最大限度地避免潜在危险的发生。

2)专家评估法

专家评估法,顾名思义,就是由一群工作经验丰富、专业知识扎实的专家来完成评估工作。由于我国高速铁路信号系统的发展速度非常快,在安全评估中存在许多无法确定的因素 (如系统工作的人员管理问题),这些难以量化的因素就必须依靠专家分析法来解决。通常的方式有表决法、评分法和安全检查表(Safety Check List,SCL)法。

3)故障模式与影响分析(FMEA)

故障模式和影响分析(Failure Modes and Effects Analysis, FMEA)将系统划分为多个子系统,也可按实际需要将子系统细分到设备元件,分析这些独立的评估单元可能产生的故障类型和故障影响[1]。通过FMEA可以分析出元件、设备的故障类型以及可能对系统产生的影响,同时辨别出单一故障和系统故障。进而根据结果采取措施减少或避免这些影响,提高设备的可靠性。FME是故障树分析的基础,通常采用故障树分析法评估时都要先进行故障模式分析。

4)事件树分析(ETA)

事件树分析(Event Tree Analysis,ETA)是一种时序逻辑的事故分析方法,它按事故发展的时间顺序由初始事件推出可能产生的后果,以此实现危险源的识别[2]。由于事故的发生通常是多个原因事件相继发生的结果,部分事件以另一些事件的发生作为前提条件,又可能引起其它事件。因而它们之间存在因果逻辑关系。ETA以树枝状图来表示事件之间的关系,以一个初始事件为起点,依据事故的发展顺序,分阶段一步一步进行分析,每一事件可能的后续事件取完全对立的两种状态[3](如成功或失败、安全或危险、正常或故障等)。通过ETA,可以进行故障诊断、分析系统的薄弱环节、实现系统的优化设计等。因而ETA在风险评价中使用较为普遍。

3基于层次分析法和灰色理论的安全评估

1)层次分析法

层次分析法是美国运筹学家萨蒂应用网络系统理论和多目标综合评价方法提出的一种层次权重决策分析方法。AHP将要评价的对象层次化,根据问题性质和目标将其分解为不同的组成元素[4],按照各因素间的相互关系和隶属关系将其分层组合形成一个多层次结构模型。即通过被评价对象的影响因素及各因素的重要程度来决定评价结果。它建立在一定的主观判断基础上。最终归结为最底层(指标、措施、方案等)相对于最高层(总目标)相对重要度的权值或相对优劣次序问题[5]。 主要分为建立层次结构模型、构造判断矩阵、计算权重、最大特征根法、一致性检验、层次总排序五个基本步骤。

2)灰色理论

灰色系统理论包括灰色预测法、灰色关联度分析等多种研究方法。而在本论文中,主要用到灰色系统中的“灰数”这一概念以及灰数的白化方法。灰数,指的是对于一个研究对象,只知其大致范围却不知道其确切取值的数。灰数的白化,就是将不明确的灰数进行清晰化和确切化。在此过程中要用到白化权函数。该函数是直角坐标中的一条三折线或S曲线,用来定量地描述某一评估对象隶属于某个灰类的程度[6]。常用的白化权函数有左升右降的连续典型白化权函数、下限级白化权函数、上限级白化权函数和三角白化权函数。

3)灰色层次法的评估过程及在安全评估中的应用

灰色层次分析法就是将灰色理论应用于层次分析法中,用不同的灰色统计数来表示不同指标对各评价等级的隶属度。 “隶属度”指的是一个指标属于某一个等级的程度。区别于清晰集合里面“非此即彼”的界定性质,模糊数学通过“隶属度”这一概念将其扩展为“亦此亦彼”的界定方式,用“属于程度”来替代“属于”和“不属于”,同时把定性评价转化为定量分析。例如假设我们认为人的身高x(cm)达到180则为高个子,并且给定如下的隶属度函数:

若有一个人身高为117755ccmm,则ff(xx)== 00..7755,即这个人以0.75的隶属度属于高个子。

在安全评估的应用中,将灰色理论和层次分析法结合,根据灰色评价矩阵和权重向量计算各准则下指标的风险矩阵,再根据准则权重向量和各准则下指标的风险矩阵计算隶属度矩阵。将系统属于各安全等级的隶属度矩阵与灰类等级分值矩阵相乘,得到系统的风险。根据最大隶属度原则及灰类分值得出系统所处的风险等级。在理论分析的基础上,选取高速铁路信号系统中的计算机联锁系统,将系统分为目标层、准则层和指标层进行分析。在专家评价样本矩阵和两两判断矩阵的基础上,根据评价流程得出分析结果。

4结束语

本文在阐述高速铁路信号系统安全评估意义的基础上,结合常用的安全评估方法,对各方法的选择依据进行分析。又通过在层次分析和灰色理论中,通过对层次分析法和灰色理论的分析,提出并阐述了灰色层次分析法的评估过程。

摘要：近年来,我国高速铁路发展迅猛,由此各国高铁事故频频发生,且许多事故与信号系统未能充分发挥作用、无法满足安全要求有关,对于信号系统的安全评估研究迫在眉睫。该文对我国铁路信号系统的安全评估方法进行分析,提出并探讨了其安全评估方法的选择和采用层次分析和灰色理论相结合的方法对高铁信号系统进行风险分析。

铁路信号系统拆解 篇2

CTCS-3级列控系统主要有以下特点：

1、CTCS-3级列控系统是符合中国国情路情的、具有自主知识产权的、达到世界一流水平的先进列控运行控制系统；

2、CTCS-3级列控系统是按照中国铁路一张网原则规划的列控系统技术平台，能够满足最高运营速度380km/h，列车正向运行最小追踪间隔时间3分钟的要求，能够与200-250km/h新建铁路和既有提速线路的互联互通；

3、CTCS-3级列控系统成功采用目标距离连续速度控制模式、设备制动优先、GSM-R无线网络传输、信号安全数据网等先进技术，标志我国铁路列车运行安全控制技术达到世界先进水平；

4、CTCS-3级列控系统基于CTCS-2级列控系统构建，大量采用成熟技术，整合适配大量既有系统设备，系统技术先进成熟、经济实用、安全可靠；

5、CTCS-3级列控系统实现了我国列车运行控制的系统设计技术、生产制造技术、系统集成技术、工程应用技术、仿真测试技术、维护管理技术再创新和整体升级；

6、CTCS-3级列控系统采用国际先进的系统设计实现手段，构建完善的系统标准系统、以运营场景作为导入、按照欧洲安全设计流程实现、采用

系统评估作为系统确认手段，为我国铁路列车控制系统的可持续发展构建了完善的技术平台；

7、CTCS-3级列控系统的创新实现，形成了铁道部CTCS技术管理人才队伍平台、以实验室为中心形成测试分析和理论研究平台、供应商和运用单位结合的运用管理平台、企业系统产品的设计、开发、制造、施工、测试等生产和施工人才队伍平台；

8、CTCS-3级列控系统的技术攻关，构建了铁道部统一组织领导下，以项目为依托、以核心企业为主体，联合国外技术支持方、国内高校、科研单位和设计院，产、学、研一体的技术创新体系。

中国通号是中国轨道交通领域信息和自动控制产业基地之一，是国内系统集成及配套能力最强的专业化企业集团，产品主要分为信号、通信、基础、线缆四大类。

信号系统产品主要包括：移频自动闭塞、车站电码化、地面查询应答器、主体化机车信号、列控中心及车载设备，列车调度指挥系统设备（TDCS），分散自律调度集中系统设备（CTC），微机监测设备，列车超速防护设备（ATP），列车自动监督设备（ATS），计算机联锁设备，微机计轴设备，道口防护设备，编组站综合集成自动化设备（CIPS），驼峰溜放控制设备，信号产品测试设备等。

通信系统产品主要包括：无线列调系统设备、无线车次号校核系统设备、无线接入设备，GSM-R终端设备，综合视频监控系统设备，铁路电务管理信息化系统设备，铁路应急救援指挥系统设备，列车服务信息系统设备，客运信息服务系统设备，会议电话及会议电视系统设备，数字式电话集中机，列车广播机，光缆线路自动监测设备，光电数字引入柜，客票售检系统设备（AFC）等。

信号基础设备主要包括：25Hz信号电源屏、区间信号电源屏、驼峰信号电源屏、继电联锁信号电源屏、计算机联锁信号电源屏、三相交流转辙机电源屏，电动/电液转辙机、密贴检查器、驼峰车辆减速器、道岔外锁闭、道岔安装装置，RD1型道岔融雪设备，继电器、变压器，单元控制台，色灯信号机，防雷单元、防雷保安器，标准机柜机箱等。

线缆产品主要包括：数字信号电缆、通信电缆、光缆、光电综合缆、控制电缆、电力电缆等。

机车车辆电控设备、制动电阻装置、机车仪表。

电力工程高频开关直流组合电源柜、电动操作机构、真空断路器、隔离开关、电力铁塔等。

中国通号拥有的信号系统技术主要有自动闭塞系统、计算机联锁系统、列车调度指挥系统（TDCS）、调度集中系统（CTC）、国产化列车自动防护ATP系统、车站列控中心和应答器系统、驼峰自动控制系统、道岔转换安全保障系统等。

自动闭塞系统主要有ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞、WG－21A无绝缘轨道电路及25HZ相敏轨道电路、ZPW-2000（UM）系列闭环电码化。

车站计算机联锁系统主要有DS6-11型双机热备系统、DS6－20型三取二冗错系统、DS6-K5B型二乘二取二计算机联锁系统、区域计算机联锁系统、DS6-50型联锁和列控一体化集中控制的计算机联锁系统。

调度集中系统主要有FZt-CTC型、FZk-CTC型分散自律调度集中系统。车站列控中心和应答器系统作为CTCS2级列控系统地面主要组成部分，适用于装备计算机联锁或6502电气集中、CTC或TDCS车站。

国产化列车自动防护ATP系统：包括区域控制中心、车载设备、数字轨道电路三个子系统。

驼峰自动控制系统主要有TW-2型驼峰自动化系统、FTK-3型驼峰自动控制系统、TYWK型驼峰信号计算机一体化控制系统及编组站综合集成自动化系统（CIPS）。

中国通号拥有的通信系统技术主要有无线通信、视频监控、专用通信、智能交通、专用信息管理等。

无线通信系统技术主要有列车无线调度系统、DMIS无线车次号、800M列尾装置和列车安全预警综合系统、DMIS调度命令无线传送系统等。

视频监控系统技术主要有铁路线路视频监控系统及高速铁路综合视频监控系统。

专用通信系统技术主要有IP智能通信系统、铁路资源监控系统及应急救援指挥系统。

智能交通系统技术主要有自动售检票系统（AFC）、列车移动补票系统、铁路GSM-R SIM卡管理系统。

铁路信号系统网络安全 篇3

关键词：铁路信号；三重冗余；安全

一、车站信号控制系统概述

铁路信号是铁路运输部门保证行车安全，提高运输效率，实现运输管理自动化和列车运行自动控制的重要技术手段。铁路信号系统按其应用场所可分为车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间信号控制系统、铁路行车指挥控制系统以及列车运行自动控制系统等。车站信号控制系统是铁路运输领域里重要的控制系统之一。车站信号控制系统是由室内控制设备、室外站场设备和通信线路等硬件设备和电路组成，按照特定的规则，选择列车所要经过的进路。这些特定规则，就是信号灯、道岔、区段以及进路之间的制约关系，称之为联锁，而实现这种联锁的设备称为联锁设备。由此可以看出，车站信号控制系统的核心是联锁。所以，车站信号控制系统就是实现联锁的系统，也称车站联锁系统。

铁路信号系统是保证行车安全的实时控制系统，它必须具有高度的可靠性和安全性。在该系统的长期发展中，基本上是依赖于实践和经验积累，以提高系统的可靠性和安全性的。近些年来，由于容错技术的发展，使得电子数字技术、计算机技术在铁路信号领域得到了应用。因此，对安全性与可靠性分析基础进行简单介绍，并且分析三取二冗余系统的安全性与可靠性，为今后系统的更新改造打好理论基础。

二、系统的可靠性与安全性评估

系统设备和器件(统称产品)的可靠性定义为在规定的时间内和规定的条件下(环境下)完成规定功能的能力。安全性反映系统在运行过程中不产生导致危险性因素的能力。产品的失效率或者说何时发生故障是随机的，所以产品的可靠性与安全性在本质上具有概率特性。

（一）故障检测覆盖率对系统可靠性的影响

若系统是一个冗余系统。系统故障时冗余部件是否被有效利用，在很大程度上依赖于故障检测覆盖率。如果故障检测覆盖率接近于1，系统能及时诊断出所出现的故障且正确处理，从而系统能够有效地利用冗余部件，完成系统的重组与重构，提高了系统的可靠性。反之，如果故障检测是极不完善的，故障检测覆盖率远小于1，系统将无法有效利用冗余部件，因为系统无法辨别部件是否故障，就无法进行故障部件的切除与替换，采用冗余提高系统可靠性效果将降低。

（二）故障检测覆盖率对系统安全性的影响

故障一安全系统中的故障，根据它是否可以被检出来，分为可检测故障和不可检测故障两种。如果故障可以被检测出来，我们总可以采取相应的措施加以防范，以免因故障而导致系统给出危险侧输出。因此系统内部出现故障时能被及时检测出来并处理的情况下，系统不会给出危险侧输出。现有的故障检测技术，一般对单故障都有很高的检测覆盖率。只是对双重或多重故障的检测覆盖率较低。由于多重故障发生概率很低，因此影响系统安全性的故障主要是双重故障。

三、三重冗余系统(TMR)的可靠性和安全性分析

（一）TMR系统的可靠性分析

对于多模表决系统来说，假定表决器的可靠度R、为1，并且每个模块失效是独立的，那么，在单位时间内两个或两个以上模块失效的概率远远小于单个模块失效的概率。因此，任意时刻两个或两个以上模块同时失效的概率可以忽略不计，同样，单位时间内只考虑一个模块修复的可能性。在计算系统的可靠性时，如果某一模块的失效将导致整个系统的失效，此时，后面模块的失效状况就不再予以考虑。所以，对于一个n模表决系统来说，失效模块数>2时，系统失效。如果将该状态视为马尔可夫吸收态，那么，系统的状态恰好符合马尔可夫吸收链。

因此，TMR系统具有238种状态，假设每个模块的失效率入都相同，当一个模块发生故障时，不会影响系统的正常工作，而当失效模块数>2时，系统失效。这个状态可以视为马尔可夫吸收态。考虑到可修TMR系统当一个模块发生故障时，整个系统并未失效，失效模块仍有修复的可能性，修复率为p。由于系统进入两个模块失效状态时，系统实际上已经失效，因此，系统状态可简化为3个模块正常工作，一个模块失效和两个模块失效。

系统状态转移矩阵为

1-3λ3λ0

p=[ μ 1-2λ-μ 2λ

0 0 1

平均故障间隔时间为:MTBF=H[（I-Q）-1C]

其中H=(100…0)，1是单位矩阵，C是元素为1的列向量

a1 0 … 0

D=[… … ……]

0 … … a1

式中μ为矩阵P的特征值，而矩阵R由对应于a1的矩阵P的特征向量组成，R与R-1互为逆矩阵。

（二）TMR系统安全性分析

假设TMR系统的3个同时工作的冗余模块分别为A、B和C。由于采用三取二表决方式，所以如果一个模块故障不影响系统的正常工作，只有当两个或两个以上的模块发生故障时，系统才会失效。TMR系统具有一个突出的优点，即能够检测出单模块的故障，这在无形中就可大大提高了系统的安全性。我们将3个冗余模块以外的其它模块作为一个整体，统称为外围设备。为了简化分析过程，不妨作以下假设:

1．由于两个或两个以上模块同时发生故障的概率很小，与单模块的故障概率相比可忽略不计；2．单模块的故障不会导致危险输出，并且单模块故障可被检出；3．当发生单模块故障，并且在故障未被检出期间，如果有另一模块又发生故障，则保守地认为系统会给出危险侧输出；4．故障是随机的，其运行符合定常马尔可夫过程；5．系统修复后，完好如初。

在对系统的评估过程所推算出的各种状态下的稳态概率，将相关参数代入。

可得TMR系统安全度为

S=PW+PF=

若取入二10-4，修复时间T=h8，则安全度S=1故障安全度D=0.99。

由此可见，TMR安全度以及可靠性明显高于单双机系统。

五、结束语

微机联锁系统是铁路信号联锁的发展方向，它具有6502电气集中联锁系统不可比拟的优越性。同时具有具有界面友好，操作简便等特点，控制系统部分与仿真软件相配合，能够很好地控制站场实际设备。同时，本文在分析了TMR系统的安全性后，证明了三重冗余系统(TMR)的可靠性和安全性，建议在我国铁路信号事业中推广该技术。

参考文献：

［1］何友全,许登.铁道信号微机联锁[J].交通与计算机,2000,(5).

铁路信号系统网络安全 篇4

2011年7月23日甬温线发生的动车组追尾事故,从技术上分析,主要是由于雷击造成信号设备故障,而故障后控制系统失灵,没有检查到前行列车占用的状态,造成后续列车仍按“前方无车”的指示以“正常速度运行”,从而造成列车追尾、车毁人亡的悲剧。

这是一起严重违背“故障导向安全”(以下简称故障—安全)原则的“故障—危险”典型案例。结合本案例,本文对铁路信号的“故障—安全”作以分析和探讨。

2 铁路信号”故障—安全”概述

所谓“故障—安全”(Fail—Safe简称FS),原意是:当设备内部发生任何故障时,设备动作的后果应该是安全的。详细一点解释即是:一个系统当其内部发生任何故障时,该系统能给出一个预先设定的确保安全的输出值,这样的系统称为”故障—安全”系统,记作“FSS”。

铁路信号控制系统的核心任务是为列车或车列(称站内的调车为车列)提供安全可靠的指示命令。其控制对象是在铁路线路上运行的列车或车列,如果给出错误或相反的指示命令,后果不堪设想。可见,“故障—安全”原则在铁路信号控制系统中尤为重要。因此,对于铁路信号控制系统而言,在任何情况下,无论发生任何故障,都应确保系统输出安全的结果。

对于运行中的列车或车列,显然“车停”是安全的(安全侧),而“车走”是危险的(危险侧)。即如果设备发生故障,让运行中的列车停下来是安全的,而让本该停下来的列车继续运行则是危险的。因此,铁路信号控制系统的安全结果应是控制“车停”的指示或动作。

3 信号系统的“故障—安全”保障措施

3.1 传统铁路信号控制系统的“故障—安全”设计

为了实现”故障—安全”,铁路信号控制系统在设计时,采取了多项安全控制措施:

机械控制手段上,大多利用重力向下的原理,保证安全。如过去应用的臂板信号机,利用重锤控制臂板动作,当传导拉力的导线或拉杆折断时,靠重锤的重力使臂板保持水平状态,指示列车停车,从而实现”故障—安全”。

广泛应用的继电控制,采用非对称的安全型继电器。信号控制电路所用的继电器为安全型继电器,当发生断电故障时,靠衔铁及重锤片的重力,使继电器可靠落下,这样,保证继电器故障落下的概率远远大于故障吸起的概率。电路设计时,采用安全对应原则,用继电器的吸起状态对应设备的危险侧,而用继电器的落下状态对应设备的安全侧。例如在信号点灯控制电路中,用列车信号继电器(LXJ)吸起接点控制允许灯光(绿灯或黄灯)点亮,而用列车信号继电器的落下接点控制红灯点亮,当发生故障使列车信号继电器落下时,信号显示红灯,指示列车停车,从而实现了继电电路的”故障—安全”。

3.2 现代铁路信号控制系统的“故障—安全”控制

以现代集成电子电路和信息技术为核心的铁路信号控制系统,通过软件和硬件冗余的方式,实现“故障—安全”,下面是几种常用的“故障—安全”控制方式。

3.2.1 安全性冗余结构

如图2,模块A和模块B经与门输出,两个模块同步工作,只有两个模块输出一致才能使系统输出,如果有一个模块故障,系统将不能输出正常结果,从而发现故障,停止输出危险侧的执行信息。由于两个模块发生相同的故障而产生相同的错误结果的概率很小,这样,提高了系统工作的安全性,减少了危险侧输出的概率。

3.2.2 静态多元控制

静态“故障—安全”输入接口电路如图3所示,一个采集条件(GJ)同时由多个光电耦合采集单元同时采集,送入计算机。当采集条件接通时,各单元输出均为高电平,计算机收到代码为1111;当采集条件断开时,各单元输出均为低电平,计算机收到代码为0000。计算机对四个码元进行逻辑“与”的运算,结果为“1”时证明采集条件接通(危险侧),结果为“0”,证明采集条件断开(危险侧)。显然当采集条件断开而电路发生故障时,运算的结果为“0”的概率远远大于运算结果为“1”的概率,实现了“故障—安全”。

3.2.3 动态闭环控制

动态“故障—安全”输入接口的电路形式如图4所示,由计算机输出口控制的光电耦合管G2输出侧与采集输入口的光电耦合管G1输入侧串联。在采集条件接通时,由计算机输出的脉冲序列,会返回到计算机的输入端,即用动态脉冲作为危险侧信息;采集条件断开时,计算机输入口收到稳定的低电平(0);当电路任何一点发生断线或混线故障时。计算机输入端必然收到稳定的电平(1或0),将稳定的1或0均作为安全侧信息处理。

动态输出驱动电路则采用输出动态脉冲作为控制信息。只有动态信息才能驱动执行继电器吸起,静态电平驱动无效。输出代码还要回读到计算机。当计算机“死机”或输出电路故障时,计算机不能连续输出动态信息,执行继电器不吸,设备不会错误动作。

实际上,动态输入或输出电路是一个闭环控制系统,它是通过计算机校验输入或输出代码是否畸变来判断电路是否故障。这种动态闭环控制,以动态信息对应危险侧,以静态信息对应安全侧,当电路发生故障,只能产生静态信息,从而实现“故障—安全”。

4 提高现代铁路信号控制系统安全性的探讨

随着铁路运输车流密度的加大和列车运行速度的提高,铁路信号自动控制系统越来越复杂,现代铁路信号控制已有传统的机电控制变为集自动控制、机电一体化、网络通信、信息处理为一体的综合控制系统。但是无论系统如何复杂,都应严格保证实现”故障—安全”。

4.1 采用综合安全性冗余方式保证列车运行安全

高速铁路的信号控制设备,主要包括车站联锁控制系统、区间闭塞控制系统、调度集中(CTC)控制系统、列车运行控制系统等,各系统之间即相对独立,又相互联系。为了保证列车运行安全,应设计综合上述各系统的安全性冗余环节,如图5所示,只有各子系统均输出指示列车正常运行的命令,列车才能正常运行。当任一子系统输出要求列车“减速或停车”的安全侧信息时,综合控制系统都能输出使列车“减速或停车”的控制命令,防止“故障—危险”。

4.2 增加“丢车”检查功能,防止故障—危险

“7.23”大事故是由于前方运行的列车占用信息被覆盖,即发生了“丢车”才造成了后续列车追尾。实际在线路上运行的列车,不可能丢失,出清一个区段,必然已进入另一区段。如果出现“丢车”或“飞车”信息,一定是设备发生了故障。因此,在各控制系统中应增加“丢车”检查功能,一旦发现“丢车”,应立即使综合系统输出后续列车“紧急制动”信息,以保证后续列车的运行安全。

4.3 增加机头和列尾防护设备,防止列车冲突

铁路运输尽管有一套功能完善、性能可靠的信号控制系统,但历史上不止一次发生了列车追尾甚至正面冲突的重大事故。如果在现有信号控制系统之外,在列车头部和尾部增加一套防护设备,当两车之间的距离小于“安全距离”时,通过无线设备或通过钢轨直接向前后运行的列车分别发送“相撞危险”的信息。相邻列车接收后,立即报警和紧急制动,这是避免列车冲突的最好方法。当然这种防护设备要考虑防止干扰,需要认真研究和实验。现有条件下即使在列车尾部增加传输距离较远的监视设备或者特殊颜色灯光闪光提示,也能减少列车冲突事故的发生。

4.4 提高系统可靠性,减少危险故障发生

相对铁路运输而言,航空运输“故障—危险”的概率更大,但飞机发生“危险失效”的概率极低。主要原因在于飞机采用“多个发动机”等措施,使系统运行的可靠性远远高于其他运输方式,从而也提高了运输的安全性。

铁路信号控制设备虽然在车站联锁等系统中采用了多套冗余设备,但为了提高铁路运输的安全性,还应在区间闭塞、调度集中(CTC)、列车运行控制等系统中增加冗余设备,以保证发生故障后,能够通过自动切换等方式正常运行,以减少系统发生故障失效的概率。此外,应进一步加强信号控制系统耐高压、耐高温、耐强磁等试验,通过“破坏性”试验,检验系统在极限条件下的运行状态,以提高系统的可靠性,减少危险的故障发生。

总之,”故障—安全”是铁路信号控制系统应严格遵循的重要原则,任何高科技的设备,发生任何故障时,都应确保安全,否则再先进的技术设备也不会有生命力。

摘要：本文以铁路“7.23”大事故为引例,概括介绍了铁路信号控制系统故障导向安全的含义,分析了“故障—安全”保障措施,探讨了如何进一步提高信号控制系统的安全性,对保证铁路运输安全具有积极的意义。

关键词：铁路信号,故障—安全

参考文献

[1]何文卿.车站信号自动控制.北京:中国铁道出版社,1980.

[2]林瑜筠.铁路信号基础.北京:中国铁道出版社,2006.

[3]铁道部劳卫司.信号工.北京:中国铁道出版社,2005.

铁路信号系统影响因素 篇5

铁路信号系统影响因素

作者：魏毅

来源：《现代装饰·理论》2011年第07期

摘 要 铁路对我国的发展起着重要作用。由于铁路运输的安全、经济、效率高、成本低等优势，世界各国都在加快铁路运输的发展。铁路信号系统不仅能够保障列车安全运行，而且也能够使铁路效率得以提高。

关键词 铁路；信号系统；影响因素

2011年7月23日温州的重大铁路交通事故让我们更清醒的认识到铁路信号系统的重要性以及它的破坏性。我国铁路在开始初期由不同的外国资本所控制，导致信号不同意。虽然在经过几十年的发展，我国铁路信号系统已经有了较快的发展。事实上，影响铁路信号系统的因素有很多，正是由于这些因素的影响使铁路信号系统会出现问题。本文主要就铁路信号系统影响因素进行了分析。

1.铁路信号系统构成1.1 行车调度指挥系统

随着信息技术和电子技术的快速发展，在计算机技术、信息、通信、决策、控制技术的支持下，现代行车调度系统实现了列车远程实时监视、控制、追踪和管理的自动化处理。行车调度指挥自动化系统技术随着列车调度指挥系统（TDCS）的改进以及新型分散自律调度集中系统研发成功而获得了长足发展。TDCS的主要内容是列车运行计划编制和调整及列车运行监视和管理，调度集中的核心是列车运行控制，TDCS和调度集中系统构成了行车调度指挥系统。TDCS由不同站段的分机和站段或路局总机衔接起来，形成路网调度的主要组成部分。

1.2 闭塞系统

区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车，这就是所谓的闭塞。铁路信号闭塞系统就是由于闭塞相关的设备和技术组成。我国铁路的基本闭塞设备主要包括自动闭塞、半自动闭塞、自动站间闭塞。同列车自动完成闭塞作用的一种闭塞就是自动闭塞；通过装在两个相邻车站的闭塞机、专用轨道电路以及出站信号机所构成的一种闭塞就是半自动闭塞。正线是车站信号系统重要的组成部分，但是除此之外，还配有到发线、牵出线等其他线路，因此，有配线的分界点就是各种车站的另一种称呼。而无配线的分界点，为非自动闭塞区段在两个车站间设置的线路所，以及自动闭塞区段为在两车站间划分成若干个闭塞分区而设置的色灯信号机。其中线路所和色灯信号机就是无配线分界点，闭塞分区就是指在自动闭塞区段上通过色灯信号机之间的段落。

1.3 车站联锁系统

1）信号机。信号机是铁路视觉信号的重要组成部分，用以指导铁路行车，与线路的闭塞系统密切相关。信号机的设置位置在进站和出站。进站信号机要设置距离最外方进站道岔尖轨尖端大于50m小于400m处。其作用主要是为了防护车站，指示列车的运行条件，保证接车进路的正确和安全可靠，凡车站的列车入口处必须装设进站信号机。出站信号机设置在警冲标外方3.5~4m处，防止侧面冲突。其作用是为了防护区间，作为列车占用区间的凭证，指示列车能否进入区间。发车线端必须设置出站信号机。2）站内联锁。车站联锁是进路、道岔和信号机之间相互具有制约关系。联锁主要包括道岔、进路间的联锁；道岔与信号机之间的联锁，进路和进路间的联锁；进路与信号机之间的联锁；信号机与信号机间的联锁。

2.铁路信号系统影响因素

2.1 设备系统

近年来，铁路方面已经开始重视信号产品的研发、生产、使用、维护的可靠性管理。由于在设备规范上标准较少、过于简单、可靠性指标不够全面、可靠性模型的选择比较少等因素，使设备系统的可靠性受到影响。可靠性是一门系统工程，与产品全寿命周期的各个阶段密切相连，从产品的研发、设计、生产、使用、维护、报废等一系列环节都始终与可靠性相连。建立第三方可靠性评估机构，再制定相应的标准，对单位的可靠性设计方案进行审核。“7•23”动车事故的发生揭示了信号设备在设计上存在严重缺陷，再遭雷击发生故障后，导致本应显示为红灯的区间信号机错误显示为绿灯。总的来说，我国铁路信号系统中可靠性应用还不够成熟，还需继续深入研究。

2.2 电气化条件对信号系统的影响

作为弱电系统，信号设备在电气化铁路中处于从属被动的地位。电气化铁路属于强电系统，它具有额定电压高、牵引电流可达到数百安培甚至上千安培、电力机车为非线性负载，在整流换相和运行过程中会产生大量谐波成分等特点。这些特点构成了电气化铁路对信号设备干扰的基本原因。从干扰的种类来说，可分为传导、感应、辐射三种形式。不同的信号设备对不同类电气化干扰的反应不同，因此，具体的信号设备所采取的措施各不相同。

2.3 电缆电源对信号系统的影响

信号电源是铁路行车信号指示灯的供电电源，属于一级负荷。信号电源一般由自动闭塞电力线路和贯通电力线路两路电源供电。两路电源互为冗余，故障时相互切换，以提高供电可靠性。信号电源、电缆等受到自然环境、运行管理方式等因素的极大影响。

2.4 外部因素对信号系统的影响

每一个系统都有其固有的结构和组织形式，各组成部分不仅受设备本身技术水平和实现方式的影响，同时也受外部环境的影响。铁路信号设备的信号采集除来自列车和轨道系统外，车站和区段调度所还通过强风、雨、雪检测器及立交处防落物检测器采集的信号发出限速或停车

指令；人的因素是铁路信号系统的主导因素，不论在列车正常运营的管理、信号的采集分析和判断以及指导铁路运输作业方面，还是在非正常运营条件下对设备的维护保养，特别是局部区段发生故障后的信号处理和指挥，这些都直接影响着列车的运输等。

3.结语

随着我国对铁路上的投资逐渐扩大，铁路的相关技术也得到了较快的发展，尤其是有个别的技术已经独领风骚。铁路信号系统是一个庞大的工程，影响铁路信号系统的因素很多，既包括内部设备和技术水平，而且还包括外部条件，由此可见，铁路信号系统必须选择最优组合方案，才能在经济上和技术上取得双赢。

参考文献：

铁路信号系统网络安全 篇6

【关键词】高速铁路；信号系统；智能监测技术

前言

目前，我国已经成为世界上高速铁路运营里程最长、运营速度、建设规模最大的国家，而且随着我国信息技术的不断发展，我国的高速铁路信号技术和设备逐步由原来的单一转向了综合性、系统化的发展趋势，逐步建立了高速铁路信号系统监测综合自动化系统，以切实保障列车的安全、稳定运行。但是目前我国高速铁路信号系统的维修维护模式仍比较传统，采用的是人工检修为主的方式，虽然建立了铁路信号监测系统，但是由于各个监测系统之间没有形成一个整体，缺少互联互通，所监测到的数据也由于综合性、关联性不强而无法实现有效共享。但是随着我国社会经济的快速发展，高速铁路会成为未来的运输主力，针对高速铁路信号系统监测技术存在的弊端，我们必须要给予高度重视，利用先进的网络技术和控制设备对信号设备的运行状态进行全面、科学、实时监测与记录，实现真正意义上的现代化高速铁路信号系统，切实保障列车的安全运行。

一、我国高速铁路信号监测系统系统

（一）信号集中监测系统

信号集中监测系统，英文简称为CSM。它是一种三级四层体系架构，具有检测、信息储存、报警、状态再现等重要功能。CSM主要是通过CAN总线与信号机、电源屏、信号电缆、采集转撤机、轨道电路等多个信号设备的电气参数模拟量信息、部分开关量信息进行实时联系，同时CSM为了获取信息信息，还以通信接口的方式与CBI、TCC、ZPW2000轨道电路等设备的维修机进行连接。对于工作人员来说，在进行现场设备工作状态监测与诊断时，可以借助CSM设备，从而发现故障，更好的开展现场的维修工作。

（二）列控监测检测子系统

列控监测检测子系统的功能非常重要，对于列车运输过程的实时数据都能够进行不同程度的采集和处理。列控监测检测子系统主要包括： 车载司法记录器（JRU）、RBC维护终端、维护终端临时限速服务器 TSRS以及微机联锁电务终端。每个装置都有其重要的功能。其中车载司法记录器（JRU）是安装在列车上，主要对列车运行有关的安全数据进行记录，例如司机动作信息、输出常用制动命令或者紧急制动命令信息、输入信息、速度信。设置在RBC监控室的RBC维护终端主要用于查阅CTC系统的通信状态、RBC系统的工作状态以及C3列车的运行状态等。微机联锁电务终端是用于诊断计算机联锁系统故障，而临时限速服务器TSRS主要是诊断、管理与维护TSRS故障。

（三）GSM-R 通信监测系统

GSM-R通信监测技术主要包括两大检测装置，即GSM-R网管监测和通信接口监测。其中GSM-R网管具有告警管理、配置管理、故障管理等多项功能，可以对列车信号系统的工作状态进行实时监控，从而保障列车安全、稳定运行。而GSM-R接口监测主要是实时监测GSM-R网络重要接口，可以对网络接口的信令、业务数据进行跟踪与记录，并对异常网络事件进行分析，供GSM-R在线用户进行历史数据查询，监测网络状况等。

三、我国高速铁路信号监测系统技术现状分析

近年来我国在高度铁路信号系统技术方面也取得了一定的成就，围绕信号系统监测与维护也积极展开了很多工作，已经逐步将信号集中监测以及各种列控设备的管理与维修投入正常的使用中，但是在肯定这些成就的同时，我们还需要看到其不足，其和我国的高速铁路发展规模还存在很多不协调之处。

（一）信号系统监测设备之间缺少互联互通、监测数据关联性不强

对于我国铁路信号监测设备来说，信号集中监测系统是其的核心设备，信号集中监测系统主要对轨道电路、电源屏、转撤机、信号机、信号电缆等设备的电气参数和部分开关量信息进行实时监测，同时还连接ZPW2000轨道电路、TCC等设备的维修机，以此来获取有效的监测信息。但是信号集中监测系统却那些动态监测设备（DMS）、RBC维护终端等设备之间的连接性不强，缺少互联互通，因而监测的数据关联性、综合性也不是很强。如果列控系统出现了故障，信号集中监测系统无法实现自我诊断故障原因，还必须要依靠人工去完成检测与维修，这样检测、维修的效率就会大大降低。

（二）设备状态的智能分析与预测实施到位

列车在运行过程中必须要保障一切设备都处于良好的运行状态，一旦任何一个环节出现问题，极有可能造成严重的后果。因此在列车运行中，需要铁路信号各种监测设备存储和记录了大量的监测数据。但是铁路信号各种监测设备无法利用智能分析软件深度挖掘所记录的历史数据，进而也就无法准确分析道岔转辙机、轨道电路等设备的运用状况。

（三）通信网管及信号设备监测数据不能共享

目前，GSM-R已成为了列车控制与调度指挥系统的重要组成部分，主要负责CTCS-3级列控系统的车-地信息传输情况。但是在高速铁路运行过程中，我们会经常遇到通信超时、脱网等状况，这直接影响到了列车控制与调度指挥系统的正常工作。由于通信网管及信号设备监测数据不能实现共享，也就无法有效分析通信信号结合部分的故障问题，例如无线电干扰、信号地面设备、传输设备问题等问题，在第一时间内无法准确确定故障原因，也制约着我国列控系统应用的进一步发展。

四、铁路信号系统智能监测技术的未来发展构想

铁路信号综合智能化监测维护系统主要针对目前铁路信号系统的不足而开展的，其能够进一步提高铁路信号监测检测、综合智能分析和辅助决策的能力，从而为完善检测、监测设备功能以及技术集成提供一个发展平台。铁路信号综合智能化监测维护系统的总体构架主要包括三级应用平台，即车站、电务段以及电务处。首先信号集中监测车站系统汇聚来自车站的监测数据，然后将这些数据低昂电务段上传。而电务段将这些数据进一步整合为电务段的数据信息，以供自身的智能化故障分析和预报警。最后电务段通过数据中心将预报警数据向电务处上传，最终电务处在对所有来自电务段的数据信息以及TSRS、RBC、DMS、GSM-R网管等电务段无法获取的系统监测数据整合为自身的数据中心，以进行自我故障诊断。这样一来铁路信号智能化监测维护系统就能够克服掉原有信号系统监测技术存在的弊端。

结语

综上所述，本文主要在分析目前我国铁路信号系统监测技术组成基础上，指出了其中存在的主要问题，并初步提出了建立综合智能化电务监测维护系统的构想，以期更好的适应现代高速铁路的快速发展节奏，但是这个构想的真正实现还需要我们进一步的努力。

参考文献

[1]岳春华.广铁集团电务调度指挥中心的建设与运用[J].铁道通信信号，2013.49（3）：2-7

高速铁路信号系统结构分析方法 篇7

1 由点到面分析

信号系统结构复杂, 整体把握无从下手时可由点到面进行分析。通过理解系统工作的一个典型环节进而理解整个系统的构成。临时限速下达就是这样一个典型环节。

因某段线路维护、施工等原因, 需对行驶至此的列车下达临时限速命令, 以保证列车通过该段线路时, 能将速度降到规定值以下。临时限速下达流程见图1[1]。

临时限速命令由调度中心 (CTC) 发出, 经临时限速服务器 (TSRS) , 分别传送给无线闭塞中心 (R B C) 和列控中心 (TCC) 。无线闭塞中心的“无线”是指通信专业的GSM-R网络, 有了“无线”系统才能运行在CTCS-3状态。在此模式下, 临时限速只发给R B C就可实现其功能。为保证安全性, CTCS-3系统以CTCS-2作为后备。当RBC故障时, 还能通过有线方式传递这一临时限速信息, 即通过TCC传送。TCC控制LEU, LEU控制有源应答器。当列车通过有源应答器时, 这一信息传递给车载设备。

2 按主次关系分析

高速铁路信号系统是一个由主干和分支组成的有机整体。先分析主干, 再分析分支, 能够层次分明地理解信号系统。

2.1 信号系统主干

信号系统核心层由5部分组成:CTC, RBC, TSRS, TCC和计算机联锁 (CBI) , 相互间关系见图2。

CTC设备主要负责将阶段计划自动转化为进路命令发送给联锁系统, 实现列车调度;通过CTC/RBC接口与RBC交互登录、时间、列车信息, 并通过CTC/RBC接口将调度命令下达到列车[2]。

RBC是在CTCS-3模式直接管理列车设备, 接受列车注册与注销, 接受来自列车的位置报告和列车数据。RBC根据CTC、联锁、临时限速服务器发送的进路、限速等信息向列车提供移动授权, 即实时告诉列车目前状态下“能以多高的速度走多远”, 并显示在驾驶室的DMI上。

列控中心管理轨道电路和有源应答器, 进而能在CTCS-2状态下告诉列车目前状态下“能以多高的速度走多远”。

2.2 信号系统分支

信号系统的核心层是主干部分, 主干上还有若干分支用以实现主干功能。RBC对外与GSM-R中心相连, 通过基站与车载设备进行通信 (见图3) 。

调度中心系统、车站系统两级结构组成高速铁路调度集中系统 (见图4) 。

列控中心一方面控制通过LEU、有源应答器把信息传送给车载设备, 另一方面与轨道电路连接, 实现站内和区间轨道电路的载频、低频信息编码功能, 并控制轨道电路的发送方向 (见图5) 。

3 按信号网络分析

信号系统由3个网络组成:信号安全数据以太网、调度集中数据通信网、集中监测数据通信网 (见图6) 。

RBC, TSRS, TCC和联锁通过信号安全数据网通信。各CTC车站站机通过调度集中数据通信网相连。需要监测的设备都接入集中监测数据通信网。通过3个相对独立又互相联系的网络, 信号系统各子系统信息得到交互, 组成有机整体, 实现整体功能。

院, 助理工程师, 北京, 100043

参考文献

[1]张曙光.CTCS-3级列控系统总体技术方案[M].北京:中国铁道出版社, 2008

探讨供电系统对铁路信号系统的干扰 篇8

1 牵引供电系统对铁路信号系统的干扰方式分析

1.1 电力机车对轨道电路的感应性干扰分析

电力机车在运行过程中,其电动力系统会对轨道电路产生感应性干扰。在电机升起、电网波动等过程中,电压波形易产生畸变,畸变过程中的高次谐波在轨道电路中发生感应,易导致控制信号的相位改变、二次二元继电器错误吸起等问题。车辆所产生的谐波电流对轨道电路产生干扰主要体现在以下两个方面:一、列车实际上没有占用某个运行区间,但谐波电流引起轨道电路显示出一个区间被列车占用轨道继电器错误落下,此干扰会导致信号系统安全保障失去作用,本来应该在该区间运行的火车无法运行,降低运输效率。二、实际上列车已经占用了某段运行区间,谐波电流可引起轨道电路显示出一个运行区间没有任何列车,本来应该落下的继电器因为车辆的电磁干扰被错误吸起来,这种情况危险性非常大,有可能发生撞车追尾,严重影响列车乘客生命财产安全。综上所述,电磁环境在铁路信号系统安全可靠性方面有很大影响。

1.2 牵引电流回流造成的传导性干扰分析

铁路信号系统的双轨条轨道电路是在钢轨绝缘处安装设置了扼流变压器,通过扼流变压器来连接钢轨的信号设备。在理想情况下,在扼流变压器上下部都有线圈,两钢轨中的牵引电流,分别经过的上下部线圈,再经变压器中心抽头流向第二个扼流变压器的上下部线圈,重新流人钢轨的两条轨条中去。如果上下两部分的线圈匝数相同,牵引电流在扼流变压器的两个线圈中会产生大小相等、方向相反的磁通量,从而由于牵引电流的作用在扼流变压器中造成的总磁通量为0。因此,由于牵引电流的抵消作用信号线圈上就不会产生感应电势,信号设备就不会受到牵引电流影响。在实际应用中,两钢轨中通过的牵引电流并不相等,这样在扼流变压器线圈中产生的磁通量不能完全抵消,总磁通量就不为0。,牵引电流的不平衡会导致产生干扰电压、烧损轨道电路元器件、造成故障等问题的发生。铁路信号系统电路中牵引电流的不平衡系数须小于5%,否则就会干扰信号系统。

1.3 地电位升高带来的影响

牵引电流由钢轨回流时,由于大地和地线之间可能会存在漏泄电导现象,电流会从地线漏泄导入大地,进而使大地的电位提高。通常导入电流越大,大地电位就会越高。如果信号电缆的接地点正好位于这个地点,大地电位的升高会使信号电缆接地点的位置发生变化。一旦这种地电位的变化反窜到系统,就会影响系统中各种地线电位。例如:在计算机的数字系统中,这种地电位的变化会干扰到工作底线的逻辑地位,从而影响到系统的工作效果。因此,保持地电位的变化是非常重要的,它影响着计算机的数字控制系统。特别是当接触网络发生短路时,发生短路故障附近的地电位升高。如果短路位置在信号楼附近,会影响计算机连锁系统在逻辑方面的输出,甚至可能会烧坏信号设备并影响系统的正常工作;当短路位置在电缆接地点附近时,会降低电缆的传输质量,严重时可能导致电缆外皮损坏。

2 信号干扰的应对措施

2.1 设备措施

供电方式尽量选择AT、BT等方式,该供电形式可以提高牵引供电回路的对称性,降低接触网感应电流影响;在牵引变电所中安装并联电容补偿装置,不仅可以起到过滤作用,还可以改善功率因数,同时降低谐波的干扰;采用合适的机车类型,在机车上安装并联补偿电容和滤波装置,同时在电力机车变压器二次侧安装3次和5次独立支路,在改善功率因数的同时可以降低感应性干扰同时滤去3次和5次谐波。

2.2 工程措施

在直流供电情况下,架设架空回流线。利用接触网线与架空回流线的相互作用提高回路的对称性,这样牵引变电所会流回大部分经由架空回流线的回流电。在具有轨道电路的地区,严禁钢轨与吸上线、接地线、保护线和横向线路互相间的等电路连接线直接接触,吸上线、接地线、保护线和横向线应该先与空心线圈的中点或者扼流变压器的中心端子相连接。

2.3 设计措施

牵引电流回流线距离信号机房和行车室要保持一定距离,否则牵引电流会产生电磁影响,安全距离至少在15米以上。在扼流变压器的位置选择上,主要受到轨道电路传输的影响。扼流变压器一端连接钢轨时会发生物理作用,产生吸流作用,还会消耗轨道电路的功率,导致传输距离减小。根据研究表明,一台空扼流变压器的增加量会减少轨道电路极限传输距离200米。

结束语

供电系统的应用有利有弊,带来便捷的同时也对铁路信号系统产生一定影响。供电系统对铁路信号系统的干扰是多方面的且会产生严重后果,影响公民人身财产安全,不利于社会发展。相关部门应高度重视,减少供电系统对铁路信号的电磁干扰,积极采取措施预防故障的发生,从设备,设计,工程等方面加以完善,保证铁路信号系统更加安全,推动可用性,可靠性以及稳定性的提高。

摘要：随着计算机技术和微电子技术的发展,我国铁路信号系统也得到了迅速发展。提高铁路系统的抗干扰性、避免错误信号产生输出、确保运营过程的安全性是目前铁路运营中需要解决的重要技术课题。探讨了供电系统对铁路信号系统的干扰方式并分析了相关措施,可为维护和保障铁路信号系统安全及稳定性提供理论支持,具有一定的社会意义和现实价值。

关键词：供电系统,铁路信号系统,对策措施

参考文献

[1]卡哈尔江·艾海提.缘于牵引供电系统的铁路信号系统电磁干扰探析[J].中国高新技术企业,2012(28).

[2]李群湛.高速铁路电气化工程[M].成都:西南交通大学出版社,2006.

探讨供电系统对铁路信号系统的干扰 篇9

1 供电系统对铁路信号的干扰因素

1.1 电力机车的感应性干扰。

电力系统会对运行着列车的铁路轨道产生感应性干扰。在电机升起、电网波动等过程中, 电压波形易产生畸变, 畸变过程中会出现高次谐波, 高次谐波会在轨道电路中产生感应。当感应到信号电路是, 易导致相位控制信号的相位改变、二次二元信号继电器出现错误吸起启动等问题。电力机车产生的感应电流还会造成轨道电路的显示错误, 列车实际上没有占用某个运行区间, 但谐波电流引起轨道电路显示出一个区间被列车占用轨道继电器错误落下, 此干扰会导致信号系统安全保障失去作用, 本来应该在该区间运行的火车无法运行, 降低运输效率。实际上列车已经占用了某段运行区间, 谐波电流可引起轨道电路显示出一个运行区间没有任何列车, 本来应该落下的继电器因为车辆的电磁干扰被错误吸起来, 这种情况危险性非常大, 有可能发生撞车追尾, 严重影响列车乘客生命财产安全。轨道电流值比较大, 当信号线路的电磁场与轨道电路接触的时候磁场会增大, 从而导致信号设备应力的增大, 导致信号系统故障增加。

1.2 牵引电流回流的传导性干扰。

铁路信号系统的双轨条轨道电路是通过扼流变压器与铁轨连接的, 通过扼流变压器来连接钢轨的信号设备。正常运行的情况下, 上下两部分的线圈匝数相同, 牵引电流在扼流变压器的两个线圈中会产生大小相等、方向相反的磁通量, 从而由于牵引电流的作用在扼流变压器中造成的总磁通量为0。牵引电流会抵消信号线圈上的感应电势, 信号设备就不会受到牵引电流影响。但是在在运行过程中, 两钢轨中通过的牵引电流并不相等, 这样在扼流变压器线圈中产生的磁通量不能完全抵消, 导致不平衡干扰电压的出现, 从而造成对轨道电路电子元件的影响, 烧损轨道电路元器件, 影响正常的信号传递。通常来讲, 为了规避这种情况, 铁路信号系统电路中牵引电流的不平衡系数须低于5%, 否则就会干扰信号系统或者电路的熔断、电路烧毁等故障。

1.3 辐射、电磁感应干扰。

在铁路信号的电磁干扰下, 闭塞电子设备、信息连锁计算机部分的运行也会受到影响。牵引供电系统的周边设备通过牵引电流使电磁辐射产生电磁信号, 它会以空中辐射的方式对铁路信号系统造成相应的干扰。电磁波会牵引着感应电动势会产生噪声, 对信号系统的信息传输通道产生干扰, 影响信号的正常传输。此外, 还可以通过信号电缆, 设备的外壳, 铁路钢轨, 信号设备以及设备的电源进入铁路信号系统。干扰源还可通过整合到电缆上, 影响正常运行的设备。另外, 信号突跳、脉冲等也是由于电磁的干扰造成的。在牵引供电系统中, 经常会出现由于开关操作不当而引起的电磁干扰现象, 类似于断路器这类高压开关的开闭操作, 会伴随着动、静触头间的电弧熄燃过程, 且在母线上会感应出数值较高的高频电压和电流脉冲。

2 抗供电系统干扰的应对措施

2.1 解决感应性干扰的措施。

由于电力机车的感应性干扰的主要原因就是谐波, 要解决感应性的干扰, 就要先解决谐波的问题。可以在牵引供电系统降低信号前, 先对牵引供电设备进行型号选择, 选择一个适合的供电设备也很重要。选择的补偿设备可以安装在变电所中, 选择AT和BT的供电形式来提高回路的对称性。降低接触网感应电流对信号系统的影响, 同时可以在变电所安装相应的电容补充装置, 在机车上安装滤波装置等并对静电容进行串联。考虑到轨道电路的传输影响, 可以将上线连接在站线、专用线或者铁路的正线上。也可以降低谐波的干扰, 从而解决感应性干扰。

2.2 降低回流造成的干扰方法。

牵引电流回流的传导性干扰主要与磁通量、电压等有关。所以要想良好的解决传导性干扰, 可以将牵引电流的回流线与信号机房保持一定的距离, 一般情况下为15m以上。在变电所设置两处吸上线, 当增加吸上线的时候要同时增加相应的扼流变压器和轨道电路的极限长度。适当的增加行车室、信号机房和回流电线的距离, 采用直流供电, 回流线和接触网线的相互作用下, 保证回流电流入电流所的效率提高。架设一定长度的架空回流线, 在回流线和接触网线的相互作用下, 提高其对称性, 且保证很大部分的回流电会流入变电所。如果是在有轨道电路的地区, 就要防止钢轨与接地线、保护线、吸上线和横向线的电路交错或直接接触, 采取的措施应当是先与空心线圈中心点与扼流变压器中心端连接, 再选择牵引供电设备方案。

2.3 抗辐射、电磁干扰的解决方案。

如果电流脉冲和控制系统处理的开关同频段时, 就会影响正常的铁路信号系统, 如果电流脉冲在高速运行和传递逻辑信号的电子微机系统中发生, 那么受到的影响就会更加严重。不仅如此, 开关母线上的干扰信号还会对空间辐射电磁波, 从电磁稿合的方面来干扰暂体状态的电磁二次设备。解决此类问题, 可以适当缩短轨道传输的距离, 这样就会是电路功率降低, 功率降低则会降低一部分的电磁干扰。也可以解决辐射、电磁二次设备的一部分问题。系统自身要安装有抗干扰系统, 增加电磁进行兼容性, 做到在同一磁场中兼容多个设备, , 并且互不干扰。站内计算机联锁系统是高速运行并且传送逻辑准确的, 做好EMC (电磁兼容性) 设计, 将计算机应用到电气化铁路, 避免系统所处环境的电磁干扰。在变电所中安装补偿设备, 选择AT和BT的供电形式, 有利于提高回路中的对称性。当在有轨道电路的地区, 使空心线圈中心点与扼流变压器中心端连接, 防止了钢轨与各种电路交错或直接接触, 也可以很好的解决电磁的干扰。

3 结论

供电系统在给铁路信号运输带来方便快捷的同时, 不可避免的也带来了很多问题。而这些问题是多方面的, 对铁路信号系统也有很重要的影响。诸如感应性、传导性以及电磁等多方面因素, 已经威胁到了铁路信号系统的正常运行, 这些干扰影响着铁路的安全性。如何很好的解决这些干扰问题, 成了铁路发展中面临的一个主要问题。加快开发力度, 研究出更有效, 更快捷, 改良好的供电系统, 完善每一步施工及运行问题, 对整个体系都有积极作用, 可以更利于社会的发展以及铁路信号系统的全方面利用。总而言之, 抗干扰技术的应用, 可以更好的保障铁路交通安全, 促进铁路运营的发展。

参考文献

[1]卡哈尔江·艾海提.缘于牵引供电系统的铁路信号系统电磁干扰探析[J].中国高新技术企业, 2012 (28) .

铁路信号系统网络安全 篇10

一、信号处理分析

现阶段, 频移键控是我国铁路移频自动闭塞采用的调制方式, 其移频信号主要有法国UM71、国产4、8、18信息四类信号。在铁路机车的信号分析系统中, 通过对经过低频信号调制成为上、下边频交替化的移频波进行数据分析, 获取低频和上下边频的特征参数, 进而为信号分析处理提供参考依据。通常, 分析移频信号主要有基于频域和时域的两种方法, 而在机车信号分析系统中, 不同制式的移频信号即使在同一分析方法下, 其得到的信号特征参数会有较大差异, 这就要求, 在铁路机车信号系统中的信号处理分析具有一定的通用性, 同时, 在实际信号数据采样时, 出现现场随机噪音叠加现象是不可避免的, 进而要求了在对信号分析处理时, 需要有较强的抗干扰性, 以保证数据采集、分析的准确性。此外, 部分移频制式如18信息移频, 其低频之间的频率间隔相差仅0.5Hz, 这就给信号分析处理增加了难度, 要求信号处理系统有更高的精度。因此, 在机车信号系统中对信号的分析处理以分析精度和准确度为原则进行。为此, 我们在分析中主要采用小波的去噪算法来对数据样本进行处理, 进而运用零点计数法解调出低频, 在通过快速傅立叶计算出上下边频值, 在实际中这种算法在信号分析中取的良好的效果。

二、小波去噪的分析

在机车信号分析系统中, 对移频信号进行多尺度分解是去噪的基本思想, 也是去噪的第一步, 然后设置分解后每一级细节信号的阈值Ti (i为分解后的某一级数) , 在对信号分析处理过程中, 对于细节信号中大于设定的阈值Ti的信号, 认为是有用的信号, 对该信号进行保留, 进入下一级的分析, 反之, 则认为是由噪声产生的信号, 将其置为0, 予以舍弃。然后, 对保留的新的大于阈值的信号进行列序, 然后重新构建算法, 重建信号, 进而达到去噪的目的, 进而得到去除噪声的移频信号。显然, 在去噪的分析过程中, 每一级细节信号的阈值Ti是关键, 由于选用数据的时段不同, 叠加在采样数据上的噪音也会不同, 进而噪音的概率分布也会有所不同, 因此, 为了提高对噪音过滤的准确性, 即提高阈值设置的准确性, 可以选用自适应的阈值选取方案, 以根据噪音的不断变化的统计特点, 来确定最合适的阈值, 进而提高阈值设置的准确性, 提高系统对信号分析的准确性。目前, 在实际工程中, 由于样条小波具有很高的正则性和较好的线性相位特性, 在信号去噪中应用广泛, 如沪杭线机车信号处理分析就采用了该方法。

三、上、下边频的分析

为了达到机车信号系统中信号分析的精确度要求, 在信号分析中, 还要考虑频谱泄漏信号处理的影响。假设N个过滤波器对输入序列x (n) 的滤波处理, 信号采样周期为T, 则, 第k个等效滤波器的幅频特性有公式可以表示为:

由上述公式可以看出, 若取信号的整倍周期, 即Ti=NT, 则可以得到周期信号基频f0=1/NT, 则信号的第k次谐波分量kf0只有通过k个等效滤波器时增益为1, 其余均为0, 此时, 没有发生频谱泄漏现象, 若不是整倍周期, 很显然, 会发生频谱泄漏问题, 从中可以看出, 在解决频谱泄漏问题中, 对信号整周器节段分析是最有利的方案。但由于, 不同移频制式、不同轨道的上下边频都会变化很大, 整周期截取信号不容易做到, 因此, 在信号分析时, 可先对采样序列x (n) 加窗处理, 然后做离散傅立叶变换运算, 进而减弱频谱泄漏。在实际应用中, 不论采用哪种分析方法, 不同的技术只能对泄漏的抑制程度不同, 不能完全消除。因此在实际应用中, 为提高精度, 需要找到合适的信号处理方法。

结束语:综上所述, 在铁路机车信号分析系统中信号的处理一方面要注意采集信号的去噪, 提高信号处理准确性, 另一方面, 移频信号频谱的泄漏, 选用合适的函数算法, 进而提高信息处理的精度。并且在实际的应用中, 通过上述方法的分析, 也取得了良好的效果。

摘要：随着我国铁路事业的发展, 我国建成铁路里程已成为世界第一, 并且, 现阶段我国高铁项目建设正在如火如荼的进行, 为我国的经济发展提供了有力的支撑。在铁路机车运行中, 机车信号分析系统中的信号处理分析是关键环节, 其信号处理的准确性, 也影响着铁路机车运行的安全性。因此, 本文将主要分析了铁路机车信号分析系统中的信号处理的算法, 以期为信号处理的研制提供借鉴, 进而提高信号处理的准确性。

关键词：铁路机车,信号分析系统,信号处理,分析

参考文献

[1]白海威, 吴跃臣.机车信号及地面信息记录分析系统[J].中国铁路.2002, (02) :67-69

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